带直流孔旋流燃烧室火焰稳定和燃烧强化研究

摘要

旋流器是旋流燃烧室内的一个重要部件，它的工作性能会直接影响燃烧室的性能。从扩压器过来的空气流，经过旋流器进入火焰筒后，形成一股具有轴向、切向和径向分速的三维旋转气流，由于空气粘性作用，旋转扩张的进气流把火焰筒中心气体带走，使中心区气体变得稀薄，压力降低，在轴线方向存在着逆主流方向压力差，轴向逆向压力梯度大得足以发生沿轴线的逆向流动，并建立起回流区来稳定火焰，从而使旋流器成为控制火焰的一种手段。
　　在本文中，研究了一种新型的带直流孔旋流燃烧室。带直流孔旋流燃烧室设计的中心思想是在旋流器上均匀的开出六个直流孔，从而使小部分空气携带燃油直接进入燃烧室的中心回流区，并在回流区内最理想的着火环境中点燃这部分燃气，形成一个点火源。这个高温点火源将作为值班火焰为燃烧室的点火和火焰稳定提供源源不断的热量。通过在一个实验台架上测量带直流孔旋流燃烧室和普通旋流燃烧室的速度分布，用以分析二者流场的异同。通过测量温度和污染物排放以对比二者的火焰特性和燃烧效率。同时，通过仿真对比了实验测量结果。实验和仿真结果表明：由于带直流孔旋流燃烧室上的直流孔，在燃烧室内形成了一个高温的永恒点火源，这个点火源提高了燃烧室内的火焰稳定；改善了火焰特性；并使得油气分布更均匀，混合强度更大，从而燃烧得到了强化；直流风的进入，降低了回流区中心负压，从而降低了压力损失；带直流孔旋流燃烧室的火焰更集中在燃烧室中心，从而壁面与喷嘴的温度要比普通旋流燃烧室的低，从而延长了火焰筒与喷嘴的寿命。最后，本文还研究了带直流孔旋流燃烧室的燃烧强化和火焰稳定性的机理。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究概况以及带直流孔旋流燃烧室的提出

1.3与本课题相关的一些燃烧室性能指标

1.4旋流器

1.5 本文的研究对象和方法

2 燃烧空气动力学理论

2.1射流、引射

2.2旋转气流

2.3液滴与雾化

2.4火焰的稳定

2.5本章小结

3 实验装置

3.1总实验台架

3.2燃料

3.3燃烧室

3.4旋流器

3.5测量设备

3.6点火器和旋流喷嘴

3.7有关实验的一些重要参数

3.8 本章小结

4 数值模拟

4.1 控制方程

4.2 湍流模型与壁面处理

4.3非预混PDF模型

4.4辐射模型

4.5网格以及边界条件

4.6 本章小结

5 结果与分析

5.1 流场结构

5.2 火焰特性

5.3 燃烧效率的实验数据

5.4 自由空间中带直流孔旋流燃烧室与普通旋流燃烧室的火焰对比

5.5 误差分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间表的论文以及申请的专利